Electrification of Fish Farms with Hydrogen Retrofitting vs Building a New Feed Barge
Master thesis
Date
2022Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for elkraftteknikk [2415]
Abstract
Denne masteroppgaven er skrevet i samarbeid med fornybarklyngen, NTE, Midt-Norsk Havbruk AS og H2Marine. Målet med oppgaven er å finne den best mulige måten å elektrifisere et offshore fiskeoppdrettsanlegg, hvor det er for dyrt å koble til strømnettet. To scenarioer har dermed blitt introdusert. Det førstescenarioet er en retrofit av en eksisterende forflåte med brenselceller og batterier. Det andre scenarioet erå bygge en ny forflåte, med de nyeste teknologiene og energieffektiviserende metodene. Vannboren matinger en ny teknologi, som kan drastisk redusere energiforbruket.
Lastdatene til tre oppdrettsanlegg er analysert. De er Eiterfjorden, Skrosen og Årsetfjorden. En brenselcelleog batteri størrelse er regnet ut med å analysere snitt lastprofilen til måneden med høyest forbruk. Dettevar gjort for alle anleggene og begge scenarioer. Nybyggings scenarioet bruker samme data som retrofitscenarioet, men det er justert for de energieffektiviserende teknologiene. Eiterfjorden fikk en brenselcellestørrelse på 140 kW og batteri størrelse på 360 kWh, for retrofit scenarioet. For nybyggings scenarioet,ble brenselcelle størrelsen 60 kW og batteri størrelsen 230 kWh i Eiterfjorden.
I en analyse av forflåtetegningene, ble det bestemt at to containere er optimalt, men videre analyse burdegjennomføres. Et grunnleggende scenario ble også laget, for å sammenlignes med de to andre. Dette vargjort for å kunne vise drivstoff kostnadene som kan bli spart ved å bytte til hydrogen.Fra det gitte data grunnlaget, ble det laget en driftssyklus. Dette var for å kunne simulere en økonomiskanalyse. Syklusene var på fire år for Eiterfjorden og Årsetfjorden, og to år for Skrosen. I disse syklusene,ble drivstoff forbruket for periodene med og uten fisk, inkludert. De årlige utgiftene ble dermed brukt inåverdianalysen.
Den totale CAPEX ble utregnet til å være rundt 16 millioner kroner for retrofit scenarioet og rundt 32millioner kroner for nybyggings scenarioet. Den store forskjellen kostnader skylles kostnadene for å byggeen ny forflåte, som ble funnet til å være rundt 25 millioner kroner. Fra de årlige utgiftene, var det enforskjell på mellom 700 tusen til en million kroner, i fordel nybygging scenarioet.
Fra nåverdianalysen, ble det utregnet at Eiterfjorden gikk i null etter 17 år for retrofit scenario og gikk aldrii pluss for nybyggings scenarioet. Hvis diesel øker og hydrogen priser minker, går den i null etter 11 år forretrofit scenario og for nybyggings scenarioet går det 16 år. De andre oppdrettsanleggene viste de sammetendensene, men med lengre tid før de går i null. Videre, hadde Eiterfjorden en tilbakebetalingstid på 13år for retrofit scenarioet og 14,1 år for nybyggings scenarioet. De andre oppdrettsanleggene hadde noehøyere tilbakebetalingstid. Ut ifra disse resultatene kan det bli konkludert, at ved større oppdrettsanleggog større energibruk, blir utgiftene hvert år mindre.
Denne oppgaven kan videre konkludere med at en retrofit av en forflåte er det mest kostnads effektivevalget, for fiskeoppdrettsanlegg med en levetid på over ti år igjen. Hvis forflåten har under fem år igjen,kan det være smart å la den leve ut tiden sin og deretter bygge en ny med alle de nyeste teknologiene.Dette er fordi det er mye å spare hvert år på drivstoff utgifter. This thesis is written in cooperation with Renewable Energy Cluster, NTE, Midt-Norsk Havbruk AS, andH2 Marine. The aim is to find the most suitable way to electrify an offshore fish farm, where it is tooexpensive to connect to the power grid. Two scenarios have therefore been introduced where the first is aretrofit of an existing feed barge with fuel cells and batteries. The second is building a new feed bargewith the newest technologies and efficiency measures. Waterborne feeding is a prominent new technologythat can drastically decrease load demand and fuel usage.
The load data for three fish farms are analysed. They are Eiterfjorden, Skrosen and Årsetfjorden. The fuelcell and battery size were calculated by analysing the average load profile of the month with the highestload for a locality. This was performed for all three fish farms and both scenarios. The new build scenarioused the same data set for the retrofit scenario but adjusted for the efficiency measures. Eiterfjorden got afuel cell size of 140 kW and a battery size of 360 kWh for the retrofit scenario. For the new build scenario,were the fuel cell size 60 kW and the battery size 230 kWh at Eiterfjorden.
In analysing the given feed barge schematic, it was decided that two containers were the best for storage,but this can be further optimised. A basecase was also created to weigh against the two scenarios. Thiscase shows how much fuel expenses can be saved by changing to hydrogen.
From the given dataset, cycles were created. This was to simulate an economic analysis. The cycles werefour years for Eiterfjorden, two years for Skrosen, and four years for Årsetfjorden. In these cycles, the fuelconsumption for periods with fish and without were included. The yearly expenses were used for the netpresent value analysis.
The total CAPEX was calculated to be around 16 million kr for the retrofit scenarios and 32 million krfor the new build scenarios. The significant difference in initial investment can be attributed to the costof building a new feed barge, which was found to be 25 million kr. From the resulting yearly expenses,which are hydrogen and maintenance, the difference is about 700 thousand to one million kr, in favour ofthe new build scenario.
From the net present value analysis, the retrofit scenario for Eiterfjorden broke even after about 17 yearsand did not break even for the new build scenario. This was with a fixed diesel and hydrogen price. If thediesel price increases and the hydrogen price decreases, the retrofit breaks even after 11 years and the newbuild after 16 years. The other fish farms showed the same tendencies. Furthermore, the Eiterfjorden hada payback time of 13 years and 14.1 years for the retrofit and new build scenario, respectively. The otherfish farms have a higher payback time. From this, it can be concluded that the bigger the fish farm, withhigher energy usage, the more yearly expenses can be saved by performing one of the scenarios.
From this thesis, it can be concluded that a retrofit is the most cost-beneficial choice for fish farms witha life expectancy left of over ten years. If the fish farm has under five years, it can be concluded thatit is better to live out its lifetime and then build a new feed barge with all the newest technologies andefficiency measures implemented because there is much to save from the yearly expenses.